[发明专利]一种页岩岩芯的裂缝扩展分析装置及分析方法

说明书

本发明属于页岩气勘探开发技术领域，具体涉及的是页岩岩芯的裂缝扩展分析装置及分析方法，研究岩芯压裂效果，使裂缝很好的扩展。

背景技术

随着世界能源消费的不断攀升，包括页岩气在内的非常规能源发展正改变着世界的能源格局并成为全球开发的焦点。页岩气是从页岩层中开采出来的天然气，储集空间以裂缝为主，属于非常规天然气资源。并且页岩气以吸附和游离状态同时赋存于具有生烃能力的泥岩、页岩等地层中的天然气，具有自生自储、吸附成藏、隐蔽聚集等特点。页岩气藏的孔渗结构与常规气藏有着显著不同，页岩气藏的储层一般呈低孔、低渗透率的物性特征，气流的阻力比常规天然气大，所有的井都需要实施储层压裂改造才能开采出来。其气体产出是微观孔喉，微裂缝，宏观裂缝以及水力裂缝等渗流通道的一系列过程的耦合。

页岩气能否有效产出,很大程度上取决于压裂裂缝和压裂过程中诱导天然裂缝开启而形成的相互交错的裂缝面积大小。因此,页岩气压裂设计的根本出发点在于如何形成有效的微裂缝，为下一步页岩气高效开发提供相关指导。我国非常规页岩气藏储量巨大，因此研究并掌握非常规页岩裂缝压裂对页岩气的开采至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种页岩岩芯的裂缝扩展分析装置及分析方法。更够更直观和准确地分析页岩岩芯在压裂条件下的裂隙扩展与分布特征，为研究微裂缝压裂提供理论和试验依据。

本发明提供一种页岩岩芯的裂缝扩展程度分析装置，所述装置包括万能材料试验机、弧形压头、页岩岩芯、数据采集处理系统以及CT扫描仪，所述弧形压头的材料为软质铝合金材料，弧形压头包括上弧形压头和下弧形压头；岩芯的形状为圆柱状，在万能材料试验机底座上部设置有下弧形压头，下弧形压头的外表面为平面并与底座的上表面接触，圆柱状页岩岩芯设置在下弧形压头的弧形内表面中，页岩岩芯的圆柱外周面与下弧形压头的弧形内表面接触，页岩岩芯的上部设置有上弧形压头，上弧形压头的弧形内表面与下弧形压头的弧形内表面相对，并且与页岩岩芯的圆柱外周面接触，圆柱状的页岩岩芯设置在上弧形压头和下弧形压头形成的空间内，在上弧形压头的上部设置有万能材料试验机的上压头，上弧形压头的外表面为平面，万能材料试验机的上压头对上弧形压头的外表面施加压力以使页岩岩芯压裂；上压头内设置有压力测量仪；数据采集处理系统包括计算机和声波检测仪，声波检测仪包括声波探头，声波探头设置在圆柱状页岩岩芯的两个圆形底面上，每个底面上贴有4个声波探头，4个声波探头在底面的圆周方向上以90度为间隔均匀设置，并且在圆形底面的径向方向上设置在从中心起算的2/3半径距离处，所述声波探头连接声波检测仪，声波检测仪连接计算机，通过声波检测仪和万能材料试验机的压力测量仪同时对压裂过程中页岩岩芯的裂缝扩展进行实时监测，CT扫描仪用于对压裂前的岩芯和压裂后的页岩岩芯分别进行扫描，以将扫描结果传送到所述计算机；对压裂前的页岩岩芯进行扫描，得到压裂前的页岩岩芯孔隙度；对压裂后的页岩岩芯进行CT扫描，得到页岩岩芯压裂后的孔隙度；计算机通过对比压裂前、后的孔隙度来确定最终的页岩岩芯开裂程度，页岩岩芯开裂程度＝(开裂后孔隙度-开裂前孔隙度)/开裂前孔隙度。

其中，通过声波检测仪和万能材料试验机的监测系统同时对压裂过程中的页岩岩芯进行实时监测，确定页岩岩芯裂缝的扩展情况。压裂系统中的弧形压头3为软质铝合金材料。由于页岩属于脆性材料，如果应力不均匀，会导致页岩岩芯局部压碎而无法得到理想中的全面的均匀裂缝，因而导致实验失败。软质铝合金材料刚度相对较小，在材料试验机作用下可以通过自身微小变形使压头和页岩岩芯紧密接触，从而使应力较均匀分布。

其中，万能材料试验机对页岩岩芯施加压力，设定加载速度为不大于0.05mm/min，优选为0.05mm/min。

本发明还提供一种上述的装置对页岩岩芯的裂缝扩展进行分析的方法，其包括如下步骤：

步骤一：用CT扫描机对压裂前的圆柱状页岩岩芯整体CT扫描，得到压裂前的页岩岩芯孔隙度，并将扫描结果传送到所述计算机；

步骤二：将页岩岩芯设置在上弧形压头和下弧形压头形成的空间内；将声波探头分别粘贴在页岩岩芯的所述两个圆形底面上，然后打开声波检测仪对完成粘贴声波探头的页岩岩芯将进行断铅测试，可以用易断铅笔在页岩岩芯上折断，这样折断时产生的声波会沿着页岩岩芯内部传播，根据断铅测试所测得的声音信号强度来判断声波探头是否与页岩岩芯表面紧密接触，能否正常传导声波能量，如果某一个探头声音信号强度过低，要拆除这个探头，并重新粘贴；